JP3893339B2 - Optical communication module - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、双方向に光信号を送受信することのできる光通信モジュールに関し、より詳しくはプラスチック光ファイバを伝送媒体として、家庭内通信や電子機器間通信、LAN(Local Area Network)等に使用することのできる光通信モジュールに関する。
【0002】
光ファイバを伝送媒体とした通信は、長距離伝送、高速伝送が可能なことから従来より注目されている。光ファイバとしては、ガラスを母材としたシングルモードファイバやマルチモードファイバが主に使用されている。ガラス光ファイバ(GOF)は伝送損失が小さく、伝送帯域が大きいことから長距離・高速通信に利用されている。しかしながら、これらの光ファイバはそのコア径が5〜80μmと非常に小さく、調芯や光通信モジュールとの結合を高精度で制御する必要があるため、高価な光ファイバプラグや光学系が必要となる。
【0003】
また、近年のプラスチック光ファイバ(POF)の低損失化・広帯域化に伴い、家庭内通信や電子機器間通信へのPOFを伝送媒体とした光通信モジュールの搭載が検討されている。GOFに比べ、POFはまだ長距離・高速伝送には不向きであるが、約1mmと大口径であることから、GOFに比べ光通信モジュールとの結合が容易であり、光ファイバと光通信モジュールとを簡易に抜き差しすることが可能となることから、安価で使い勝手の良い光通信リンクを得ることができるという利点がある。
【0004】
GOFとPOFではその特質が大きく異なり、それぞれの長所を生かした光通信モジュールが開発されている。GOFでは、長距離・高速伝送が可能であるという利点があるが、高精度でのアライメント技術が必要となり光通信モジュールは高価となる。図4はGOFを使用した光通信モジュールの一例を示している。光ファイバ102はフェルール121に接着され端面加工された後にプラグ107に取り付けられる。光通信モジュール101はプラグ107を挿入する開口部を有するレセプタクル110と送信レンズ106、発光素子104とから構成されている。JISC−5970等に記載されているように、各構成部品は数μmオーダーの精度を有している。また、各部品を高精度に組み立てる必要があり、光通信モジュール101は比較的高価なものとなる。
【0005】
POFを用いた光通信モジュールの一例を図5に示す。POFではコア径が大きく、高精度で調芯を行う必要がないため、高価なフェルールが必要なく簡易なプラグ107のみを使用することができる。プラグ107としては、オーディオのデジタル信号を伝送するのに使用されているオプティカル・ミニ・ジャック(OMJ)等がある。光通信モジュール101はモールドレンズ106と一体に形成された発光素子104と、レセプタクル110で構成され、POFが大口径であることから、これらの形状精度は数10〜100μmと大きいもので良く、安価で簡易に組立て可能な光通信モジュール101が得られる。例えば、POF自体のコア径の精度はJISC−6837では±60μmと規定されている。図4,図5は共に、片方向通信に用いられる送信モジュールの場合を示している。
【0006】
一方、光ファイバを伝送媒体とした光通信モジュールでは図4、図5で示したような、片方向で通信を行うもの以外に、同一波長で全二重方式で信号光の送信・受信の両方を行う光通信モジュールがある。この種の光通信モジュールでは、従来、二本の光ファイバを用いたものが主流であった。しかし、二本の光ファイバを用いた場合、光通信モジュールの小型化が困難であることや、伝送距離が長くなるに伴い光ファイバのコストが高くなるという問題があった。このため、一本の光ファイバを用いて、全二重方式の光通信を行う、光通信モジュールが提案されている。
【0007】
このような光通信モジュールでは、送信・受信を同一の光ファイバで行うことから、送信光と受信光の混信を防止することが重要となる。受信光に送信光が混信する原因としては主に、送信光が光ファイバに入射する時に光ファイバ端面で反射する場合(以下、「近端反射」と表記)と、光通信モジュール内での内部散乱光によるもの(以下、「内乱光」と表記)がある。
【0008】
また、光ファイバを伝送媒体とした光通信リンクにおいては、高いSN(Signal to Noise Ratio)を得るために、光ファイバから出射される受信光を高効率で受光素子に結合させることが重要となる。
【0009】
従来より提案されている一芯全二重通信用の光通信モジュールとしては、偏光分離素子を用いて送受信光を分離する方法がある。すなわち、光ファイバを伝播してきた受信光は伝播途中で偏光方向がランダムとなっているのに対し、送信光が光ファイバ端面で反射された反射光(近端反射)は偏光方向が同一であるため、この偏光を有する光のみを反射する偏光分離素子を光ファイバと受光素子の間に配置することにより近端反射による混信を防止することができる。しかし、この方法では、受信光の約半分が偏光分離素子により反射されるため、約3dBの受信損失が生じてしまい、効率的な光の利用が行えないことや、発光素子として安価な発光ダイオード(LED)を使用できないという問題があった。
【0010】
このため、特開平11−27217号公報等に送信光を光ファイバの中心からずれた位置に入射させ、光ファイバのその他の領域から出射される受信光を受光する方法が開示されている。図6を用いてこの方法を説明する。発光素子104から出射された送信光108は送信レンズ106で集光され、立上げミラー115で反射され、光ファイバ102の端面の光軸中心からずれた位置に入射される。光ファイバ102から出射される受信光109は受光素子105に結合する。光ファイバ102の端面は曲面あるいは傾斜面に加工されており、光ファイバ102の端面で反射された反射光114は光ファイバ102の外周方向に反射され、近端反射による混信が防止される。
【0011】
図7は光ファイバ102の端面での送信光108の結合位置と受信領域の関係を表している。送信光108を光ファイバ102の中心からずれた位置に入射する方式では、図7に示すように一芯の光ファイバ102の端面を送信光108が入射する送信領域と、受信領域とに空間的に分離することで一芯全二重通信を実現している。この方式では、受信領域を送信領域より大きくすることにより、偏光分離素子を用いた方式での約3dBの損失より少ない損失で送受信光の分離を行うことができる。すなわち、このような方式では、受信領域をより大きく(すなわち送信領域をより小さくして、光ファイバ102のより外周部に入射させる)ことにより受信効率を向上させることができる。GOFではコア径が小さいため、この空間分離による方法を採用することは困難であったが、POFではその大口径のコアを利用して、送信光と受信光を空間的に分離することが容易である。また、GOFに比べて高精度での組立てを行う必要がなく、比較的簡易で安価な光学部品により光学系を構成することができるため、安価な一芯全二重通信用の光通信モジュール102を得ることができる。
【0012】
更にPOFではその端面の処理が容易であるという特徴がある。GOFでの端面処理ではカットしたファイバ素線を高精度の寸法精度で加工されたフェルールに接着した後に、高価な研磨装置により鏡面加工する必要がある。一方、POFではコア径が大きく、かつ高精度に管理する必要がないためフェルールは必要なく、直接プラグに素線を接着し、端面は任意の形状のホットプレードに押し当てて溶融させることで簡易に処理することができる。光ファイバの端面形状としては、光軸に垂直な平面の他に傾斜面や球面等に加工される場合がある。GOFでは、発光素子から出射された送信光が光ファイバ端面で反射されて再び発光素子に結合し、発振状態が不安定となることを防止するため傾斜面とすることが多い。一方、POFでは光学系の精度が低く、光ファイバ端面で反射された送信光が発光素子に戻りにくいことや通信速度が比較的遅いことから、平坦面でも問題はない。しかし、前述したように一芯全二重通信を行う場合は、送信光108の反射光114が受光素子105に結合して近端反射による混信となることを防止するため、球面や傾斜面とする場合がある。
【0013】
図8は従来のプラスチック光ファイバ用のプラグ形状の一例を表しており、102は、光ファイバ、107はプラグ(OMJ)107を示している。POFでは、その端面をホットプレートにより溶融させることで任意の形状に加工することができる。図8では端面が球面である場合を示している。このように端面を溶融させる場合、プラグ7の先端部は図8に示すように先端部に行くに従い内径が大きくなるテーパー部12を有している。プラグ傾斜部12を有することにより、溶融したPOFがこの部分に広がるため、欠けやばりを生じることなくPOFの端面を加工することができる。すなわちPOFの先端はコア径より拡大された拡大部16を有している。またプラグ107は耐熱性が必要なこと等から一般にステンレスやアルミニウム等の金属によって作製されている。また、プラグ107の先端は強度を保つため平坦部13が形成されている。
【0014】
【特許文献1】
特開平11−27217号公報
特開昭61−122614号公報 図1、図2
JISC−5970
JISC−6387
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平11−27217号公報に開示されている方法では、POFの端面での送信光の反射による混信を防止することはできるが、プラグやレセプタクルで反射された光による混信を防止することはできない。前述したように、POFはプラグに固定され、プラグごとレセプタクルに挿入される。POFを用いた光通信モジュールでは安価にするために各構成部品の加工精度が低く、かつ空間分離により全二重通信をするために送信光をPOFの外周部に入射させているため、送信光の一部はPOFの端面ではなく、その外周のプラグやレセプタクルに照射される場合がある。例えば、図8に示したプラグではプラグ傾斜部12やプラグ平坦部13に照射された送信光は受光素子側に反射あるいは散乱しやすく混信となりやすい。
【0016】
また、電子機器間の通信等では約1mと短い距離での通信を行う必要があり、かつ簡易に抜差しが可能なことから、目への安全性(アイセーフティ)を考慮する必要があり、送信光量(光ファイバからの出射光量)を低く設定しなければならない。しかしながら、光通信モジュールの光源として半導体レーザを使用する場合、光源自体の光量を低下させると以下のような問題が生じる。
【0017】
半導体レーザの駆動電流と光出力の関係は図9に示すように、光出力が飽和しない領域においては、二本の直線による折れ線の特性で近似できる。このうちAの領域がレーザ発振の領域で、Bの領域は概ね自然放出の領域となる。バイアス電流として閾値電流(Ith)より大きい電流をとってパルス入力した場合、パルス信号の「0」においても光出力が大きくなるため、消光比が高くなる。また逆にバイアス電流としてIthより低い電流をとると、発振遅延によるパルス幅の減少(duty比の変化)が生じてしまう。このため通常はバイアス電流をIth近傍に設定する。この場合、パルス信号が「0」でも自然放出光があるため、この自然放出光とパルス信号が「1」の時の光出力の比から消光比が決定される。例えば、自然放出光が0.3mWの半導体レーザの場合、消光比10以上とするには最大出力(パルス信号が「1」の時の出力)を3mW以上に設定する必要がある。
【0018】
すなわち、半導体レーザの出力を低下させることで送信光量を低下させると消光比を満足することが困難となり、また、バイアス電流を低下させるとduty比が変化して問題となる。このため、半導体レーザから出射される光と光ファイバとの結合効率(送信効率)を低くすることで送信光量を低減させる必要がある。送信効率を低くする方法として、光透過率の低いフィルタや偏光素子を使って光量を低下させる方法があるが、部品点数が増えコストが高くなる。このため、発光素子からの出射光を集光して光ファイバに結合させる送信レンズの径を小さくすることにより、出射角度の大きい光線を送信レンズによってカットする方法が一般的である。
【0019】
しかし、この方法では、実際に送信に寄与しない光(送信レンズによってカットされた光)が増加するため、内乱光による混信が増加しやすいという問題があった。特に、一本の光ファイバにより全二重通信を行うためには、光ファイバから放射される受信光を効率良く受光素子に結合させる必要もある。しかし、受信効率を高くすると、同時に近端反射や内乱光による光も効率良く受信してしまい、混信が増加するという問題があった。更に、この内乱光もプラグやレセプタクルで受光素子105側に反射されることで混信となりやすい。
【0020】
これらの混信は構成部品の精度を向上させることにより対応することも可能であるが、その場合、POFを用いた光通信モジュールの安価で作製が簡易であるという特徴が損なわれてしまう。
【0021】
一方、光アイソレータに用いるコリメータレンズに遮光物を取付けることで迷光を低減させる方法が特開昭61−122614に開示されている。
【0022】
すなわち、半導体レーザとコリメータレンズの間に遮光物を挿入することで、レンズ内で発生する迷光を低減して、迷光が半導体レーザに戻ることを防止し、半導体レーザを安定して駆動できるようにしている。
【0023】
しかしながら、自らが発した光が元に戻るのを防止するものであり、一芯POFによる全二重光通信モジュールで問題となる、受光素子への混信を防止できるものではない。また、レンズ内での迷光を低減するものであり、光通信モジュール内での迷光や光ファイバプラグ等での散乱光を防止できるものではない。また、半導体レーザの発光点は微小なものであり、この発光点への戻り光を防止すれば良いが、光通信モジュールでは受信光との分離を行う必要がある。このため、内乱光の低減はより困難である。更にまた、遮光物を挿入する場合、挿入精度の管理や接着、経時変化による劣化などに注意する必要があり、コストが高く、性能上も問題となる。
【0024】
本発明は、これらの課題を鑑みてなされたものであり、一本のプラスチック光ファイバにより全二重方式の双方向通信が可能、特に、近端反射や内乱光によるクロストークを簡易な構成により低減することが可能である、安価で小型の光通信モジュールを提供するものである。
【0025】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、一本のプラスチック光ファイバにより光信号の送受信を行うことができる光通信モジュールであって、送信光を生成する発光素子と、前記プラスチック光ファイバから出射される受信光を受光する受光素子と、送信光および/または受信光を集光する光学部品と、前記プラスチック光ファイバの端部に取り付けられたプラグを挿入するための開口部を有するレセプタクルとを有し、前記プラスチック光ファイバはその端部にコア径よりその径が大きく拡大された拡大部を有し、前記プラグを前記レセプタクルに挿入したときに前記プラグおよび/または前記プラスチック光ファイバの先端部の周辺で前記拡大部の一部を、前記光学部品側から照射する不要光から遮光するように、混信防止部を前記レセプタクルの一部に形成したことを特徴とする光通信モジュールに関する。
【0026】
本発明は、さらに以下の光通信モジュールを提供するものである。
前記混信防止部は前記レセプタクルの一部に形成されていることを特徴とする上記に記載の光通信モジュール。
【0027】
前記混信防止部は前記光学部品が配置される側から前記プラスチック光ファイバ側に向けてその径が徐々に広くなる円錐形状であることを特徴とする上記いずれかに記載の光通信モジュール。
【0028】
前記混信防止部は前記光学部品が配置される側を先端とし、前記プラスチック光ファイバ側の光軸中心から外周方向に向けて傾斜した形状であることを特徴とする上記いずれかに記載の光通信モジュール。
【0029】
前記混信防止部は前記プラグの端部に照射されないように前記光学部品側から照射する光を遮光するように配置したことを特徴とする上記いずれかに記載の光通信モジュール。
【0031】
前記混信防止部の一部と前記光学部品の一部を接触させて配置したことを特徴とする上記いずれかに記載の光通信モジュール。
【0032】
前記混信防止部は前記プラスチック光ファイバ端面の前記送信光が入射する近傍にのみ形成されていることを特徴とする上記いずれかに記載の光通信モジュール。
【0033】
前記混信防止部の前記プラスチック光ファイバに対向する側の面を前記プラスチック光ファイバの光軸に対して傾斜させたことを特徴とする上記いずれかに記載の光通信モジュール。
【0034】
上記の構成とすることにより、近端反射および迷光等の内乱光による混信を低減した、一本の光ファイバによる全二重方式の光通信が可能となる。
【0035】
【発明の実施の形態】
(第1の実施例)
本発明に係る第1の実施の形態について、図1、図2に基づいて説明する。
図1は、光通信リンクの構成を示す概略図である。光通信リンク3は、伝送するデータ信号に基づく、伝送に適した変調光を双方向に伝送するための光ファイバ2と、光ファイバ2の両端に光学的に結合するように、それぞれ接続された各光通信モジュール1とを備えている。
【0036】
図2は、本発明の第1の実施の形態における光通信モジュールをあらわす概略図である。光通信モジュール1は、データ信号に基づく変調光である送信光8を生成する発光素子4と、光ファイバ2からの受信光9を受光してデータ信号を生成するための受光素子5と、発光素子4から出射される光を集光して光ファイバ2に結合させる送信レンズ6と、送信光8の方向を変えて光ファイバ2に結合させる立上げミラー15と、光ファイバ2を抜差し可能な開口部を有するレセプタクル10とから構成される。光ファイバ2の先端はプラグ7に接着・固定されており、光通信モジュール1の一部であるレセプタクル10の開口部に差し込むことで光ファイバ2と光通信モジュール1が光学的に結合される。
発光素子4により生成された光は、発光素子4の放射角にしたがって放射状に発散する。発散光は送信レンズ6で任意の開口数に変換されて集光される。集光された光は、立上げミラー15により方向を変えて、光ファイバ2に入射する。送信光8が入射する光ファイバ2の位置は、光ファイバ2のより外周部である。送信光8は光ファイバ2の端面で直径約数100μmの略円に集光されている。POFではコア径が大きいため集光面積が比較的大きくても良く、また、集光面積を大きくすることで多少軸ずれが生じても、送信光8の一部を光ファイバ2に入射させることができ、かつ安価な光学系による集光が可能となる。光ファイバ2から出射される受信光9は光ファイバ2の開口数で決まる放射角で放射し、対向した受光素子5に結合する。このように、送信光8と受信光9とを光ファイバ2の口径内で空間的に分離する場合、光ファイバ2の送信光8が入射する位置から出射される受信光9は受光素子5に結合しないため、また送信光8が入射する光ファイバ2の位置を、光ファイバ2のより外周部とすることで、受信光9をより効率良く受光素子5に結合できるようになる。
【0037】
光ファイバ2に入射する送信光8の一部は、光ファイバ2端面で反射される(反射光14)。送信光8の光ファイバ2からの反射光14は光ファイバ2の端面が球面に加工されていることから、光ファイバ2の外周方向に反射され、受光素子5には結合せず、近端反射による混信を防止することができる。
【0038】
また、前述したように、POFを伝送媒体とした光通信モジュール1では、低価格化のため構成部品の精度が低いこと、また、空間分離により全二重通信を行うために送信光8を光ファイバ2の外周部に入射させていることから、光ファイバ2の軸ずれ等により、送信光8の一部が光ファイバ2に入射せずに、その外周部に照射される場合がある。本光通信モジュール1では、レセプタクル10の一部に混信防止部11が形成されている。この混信防止部11は、光ファイバ2の端面処理時にできる拡大部16、プラグ7の傾斜部12、平坦部13に送信光8や光通信モジュール1内での内乱光が照射されないように構成され配置されている。
【0039】
混信防止部はプラグの一部を光学部品側から遮光するように配置した構成であるので、プラグからの反射・散乱による混信を低減することができる。
【0040】
プラスチック光ファイバはその端部にコア径よりその径が大きく拡大された拡大部を有するが、混信防止部は該拡大部の一部または全部を光学部品側から遮光するように配置しているので、光ファイバの拡大部、および/またはプラグの傾斜部からの反射・散乱による混信を低減することができる。
【0041】
レセプタクル10の内壁部は例えば黒色等の光吸収率の高い材料で形成するとよい。プラグ7は一般に金属で形成されているため、プラグ7への送信光8の照射を防止することで反射率を大幅に低減することができ近端反射による混信を低減することができる。また、混信防止部をレセプタクルと一体に形成することにより、組立て精度を向上させることができる。
【0042】
また、混信防止部11の光学部品が配置される側の面は、光ファイバ2の先端側から光ファイバ側の方向に、その径が大きくなる円錐形状となる構成としている。光ファイバの端面に沿って混信防止部が円錐形状となっているため、光ファイバの拡大部および光ファイバプラグを確実に遮光することが可能となり、近端反射や内乱光による混信を確実に低減することができる。すなわち、本来プラグ7の傾斜部12や平坦部13に照射される送信光8が混信防止部11に照射され、この円錐形状により光ファイバ2の外周方向に反射(第2の反射光17)されるため近端反射による混信をより確実に防止することができる。
【0043】
更に、混信防止部は光通信モジュールの光学部品が配置される側から光ファイバ側に向けて広がっていく傾斜形状をしているため、送信レンズ6で蹴られた送信光8や光通信モジュール1内部で散乱した内乱光を、その傾斜部で受光素子5側に反射されることを防止し、受光素子に結合することを防止することもできる。よって小径の送信レンズ6を使用することができ、アイセーフティと消光比の問題も解決することが容易となる。
【0044】
混信防止部11の光ファイバー側面は、光学部品側側面と同様に円錐形状としてよいが、その側面の全部又は一部を光ファイバ2の端面の外周に沿った形状とすることにより、光ファイバ2がどの方向に軸ずれしても対応することができ、光ファイバ2の拡大部16およびプラグ7を確実に遮光することが可能となり、近端反射や内乱光による混信を確実に低減することができる。
【0045】
また、光ファイバ2から出射される光の一部は光通信モジュール1の一部で反射されて再び光ファイバ2に結合し、光ファイバ2を伝搬して相手側の光通信モジュールに結合する場合がある(相手モジュール反射による混信)。この相手モジュール反射による混信を防止するために、混信防止部11の光ファイバ2に対向する面(反射結合防止面)は光ファイバ2の光軸に対して傾斜(反射光が光ファイバ2の開口数より大きくなる程度、具体的には開口数0.3程度なら10°程度)させてもよい。反射結合防止面に照射された光は反射して再び光ファイバ2側に戻るが、反射結合防止面12により、その反射角度が大きくなっているため、光ファイバ2には結合せず、相手モジュール反射による混信を低減させることができる。
【0046】
更にまた、混信防止部11はプラグ7と光通信モジュール1との位置決めを行うストッパーとしての役割も有している。プラグ7は混信防止部11でその挿入深さや位置が規制される。また、各光学部品はレセプタクル10に対して位置決めされているため、レセプタクル10を介して両者を位置合わせすることができる。
【0047】
次に図2で示した光通信モジュール1の各構成部材について説明する。
光ファイバ2としては、POFのように大口径の光ファイバ2が使用される。POFはコアがPMMA(Poly(methyl methacrylate)やポリカーボネート等の光透過性に優れたプラスチックからなり、クラッドは上記のコアより屈折率の低いプラスチックで構成されている。このような光ファイバ2では、石英光ファイバに比べそのコアの径を約200μmから約1mmと大きくすることが容易であることから、光通信モジュール1との結合調整が容易であり、安価な光通信リンク3を得ることができる。本実施例で示したように、送信光8と受信光9を空間的に分離する場合、コア径は1mm程度のものを使用することが好ましい。
【0048】
発光素子4としては、半導体レーザや、発光ダイオード(LED)が用いられる。発光素子4の波長としては、使用する光ファイバ2の伝送損失が少ない波長で、かつ安価であることが好ましい。例えば、光ファイバ2としてPOFを用いる場合、DVD等で量産効果のある、波長650nmの半導体レーザ等を用いることができる。また、発光素子4の後部には、モニター用フォトダイオードが配置されており、発光素子4の光量を一定に保つようにしている。
【0049】
受光素子5としては、受光した変調光の強弱を電気信号に変換し、発光素子4の波長域で感度の高いフォトダイオードを使用し、例えば、シリコンを材料とするPINフォトダイオードや、アバランシェフォトダイオード等を用いる。
【0050】
レセプタクル10はプラスチックを材料とし、射出成型等により作製される。色相は黒色等の使用する光波長において吸収率の高いものとすることが好ましい。レセプタクル10には各光学部品をアライメントするための位置決め部を形成しておくことで、簡易に光通信モジュール1を組み立てることが可能となる。
【0051】
以上のように、第1の実施例で示した光通信モジュール1を用いることにより、近端反射、および、迷光による内乱光による混信を防止でき、一本の光ファイバ2により全二重方式の光通信が可能となる。特に、簡易で安価な光学系を使用することが可能であることから低コストで、かつ、簡易に製造可能な光通信モジュール1を得ることができる。ここでは、レセプタクルの一部に混信防止部を設けたが、ファイバの端部に光吸収部材を直接形成して遮光する構成も可能である。
【0052】
(第2の実施例)
続いて、第2の実施例を図3に基づいて説明する。なお、この第2の実施例では、第1の実施例にて説明した部分と同様の機能を有する部材については、第1の実施例と同一の部材番号を付与して、その説明を省いた。本実施例では、第1の実施例と異なる光学系を有する光通信モジュール1を示している。
【0053】
発光素子4により生成された送信光8は、発光素子4の放射角にしたがって放射状に発散する。その後、送信光8は、送信レンズ6で任意の開口数に変換されて集光され、光学部材18を通過して、光ファイバ2に結合する。光ファイバ2から出射される受信光9は集光ミラー19により受光素子5方向に反射されると共に、曲率を有する集光ミラー19により集光されて受光素子5に結合する。光学部材18は送信光8が出射する面に光ファイバ2の光軸に対して傾斜したプリズム20を有しており、送信光8を屈折させて光ファイバ2に入射させている。また、集光ミラー19の一部は光ファイバ2に近接させて配置されている。
【0054】
光ファイバ2に入射する送信光8の一部は、光ファイバ2端面で反射される。送信光8の光ファイバ2での反射光は集光ミラー19により遮光されて受光素子5には結合せず、近端反射による混信を防止することができる。また、内乱光による混信も、集光ミラー19により、送信部と受信部が分離されていることから防止することができる。しかし、光ファイバ2のプラグ7やレセプタクル10の一部で反射・散乱した光は予期しない方向に散乱される場合があり、この散乱光を完全に分離することは困難である。この散乱光による混信を防止するためにレセプタクル10の一部に混信防止部11を形成している。
【0055】
本実施例では、混信防止部11は送信光8が入射する周辺(近傍)のみに形成されている。混信防止部11は、光ファイバ2の端面処理時にできる拡大部16、プラグ7の傾斜部12、平坦部13に送信光8や光通信モジュール1内での内乱光が照射されないように配置されており、その形状は光学部品が配置されている側から光ファイバ2側に向かって広がる傾斜形状となっている。集光ミラー19により送信部と受信部とを分離しているため、受信部側(図3の下側)には混信防止部11を形成する必要はない。また、集光ミラー19により図3の上下方向で送受信の分離を行っているため、混信防止部11は受信部側(図3の下側)に送信光8が反射・散乱されないように、その形状は光学部品が配置されている側から光ファイバ2側に向かって広がる傾斜形状に傾斜を持つ形状としている。
【0056】
光学部材18(ミラーは金属を蒸着することによりできる)はPMMAやポリカーボネート等のプラスチックを材料とし、射出成形等により作製される。そして、反射ミラー(集光ミラーでもある)となる側にアルミニウムや金等といった反射率の高い金属薄膜が蒸着法等により形成されている。光学部材18には送信光8を集光して光ファイバ2に結合させる送信レンズ6と、送信光8を屈折させて光ファイバ2に入射させるプリズム20、および、図示していないが、発光素子5や受光素子4との位置合わせに使用する位置決め用の凹凸部が形成されている。このように一つの光学部材18に多数の機能を持たせているため、構成部材を大幅に低減できると共に、組立て時の公差を低減できるため、低コストで小型な光通信モジュール1を得ることが可能となる。
【0057】
光学部材18の一部は混信防止部11の一部に接触もしくは近接して配置されている。光学部材18と混信防止部11に間隔が存在すると、その間での反射光により内乱光による混信が発生しやすくなる。また、プリズム20は送信光8を屈折させて、光ファイバ2の外周部から内周部方向に送信光8を傾けて入射させている。このことにより、送信光8がプラグ7の傾斜部12に照射されにくくなる。更に、混信防止部11は受信部側には形成していない。光ファイバ2から出射される光は光ファイバ2の拡大部16からも一部出射される。このため、受信部側に混信防止部11を形成しないことにより受信効率を向上させることが可能となる。
【0058】
また、光ファイバ2から出射される光の一部は光通信モジュール1の一部で反射されて再び光ファイバ2に結合し、光ファイバ2を伝搬して相手側の光通信モジュールに結合する場合がある(相手モジュール反射による混信)。この相手モジュール反射による混信を防止するために、混信防止部11の光ファイバ2に対向する面(反射結合防止面21)は光ファイバ2の光軸に対して傾斜(反射光が光ファイバ2の開口数より大きくなる程度、具体的には開口数0.3程度なら10°程度)させている。反射結合防止面21に照射された光は反射して再び光ファイバ2側に戻るが、反射結合防止面12により、その反射角度が大きくなっているため、光ファイバ2には結合しない。すなわち、反射結合防止面21により反射光が光ファイバ2の開口数より大きい角度に変換される。また、プリズム20も同様の働きを有しており、相手モジュール反射による混信を低減させている。
【0059】
なお、本実施例は一例であり、本発明はレセプタクル10の一部に混信防止部11を形成したことを特徴としており、もちろん、その他の光学配置に適用することが可能である。
【0060】
【発明の効果】
本発明に従えば、近端反射や内乱光によるクロストークを低減した、一本のプラスチック光ファイバによる全二重方式の双方向通信モジュールを安価で提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光通信リンクの構成を説明する概略図。
【図2】 本発明における光通信モジュールの実施形態1の構成を説明する概略図。
【図3】 本発明における光通信モジュールの実施形態2の構成を説明する概略図。
【図4】 ガラス光ファイバを用いた光通信モジュールの構成を説明する概略図。
【図5】 従来のプラスチック光ファイバを用いた光通信モジュールの構成を説明する概略図。
【図6】 全二重通信が可能な従来の光通信モジュールを説明する概略構成図。
【図7】 光ファイバの端面での送信光の結合位置と受信領域の関係を説明する図。
【図8】 従来のプラスチック光ファイバ用のプラグ形状を説明する図。
【図9】 半導体レーザの電流と光出力との関係を説明するグラフ。
【符号の説明】
1:光通信モジュール
2:光ファイバ
3:光通信リンク
4:発光素子
5:受信素子
6:送信レンズ
7:プラグ
8:送信光
9:受信光
10:レセプタクル
11:混信防止部
12:プラグ傾斜部
13:プラグ平坦部
14:反射光(近端反射光)
15:立上げミラー
16:拡大部
17:第2反射光
18:光学部材
19:集光ミラー
20:プリズム
21:反射結合防止面
101:光通信モジュール
102:光ファイバ
104:発光素子
105:受光素子
106:送信レンズ
108:送信光
109:受信光
110:レセプタクル
114:反射光(近端反射)
115:立上げミラー
121:フェルール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical communication module capable of bidirectionally transmitting and receiving optical signals, and more specifically, using a plastic optical fiber as a transmission medium for home communication, communication between electronic devices, LAN (Local Area Network), and the like. It is related with the optical communication module which can be used.
[0002]
Communication using an optical fiber as a transmission medium has been attracting attention since long-distance transmission and high-speed transmission are possible. As an optical fiber, a single mode fiber or a multimode fiber using a glass as a base material is mainly used. Glass optical fiber (GOF) is used for long-distance / high-speed communication because of its low transmission loss and large transmission band. However, these optical fibers have a very small core diameter of 5 to 80 μm, and it is necessary to control the alignment and the coupling with the optical communication module with high accuracy. Therefore, expensive optical fiber plugs and optical systems are required. Become.
[0003]
In recent years, with the reduction in loss and bandwidth of plastic optical fibers (POF), mounting of optical communication modules using POF as a transmission medium for in-home communication and communication between electronic devices is being studied. Compared to GOF, POF is still unsuitable for long-distance and high-speed transmission, but it has a large aperture of about 1 mm, so it can be easily combined with optical communication modules compared to GOF. Therefore, there is an advantage that an inexpensive and easy-to-use optical communication link can be obtained.
[0004]
The characteristics of GOF and POF differ greatly, and optical communication modules that take advantage of each advantage have been developed. GOF has an advantage that long-distance and high-speed transmission is possible, but an alignment technology with high accuracy is required, and the optical communication module becomes expensive. FIG. 4 shows an example of an optical communication module using GOF. The
[0005]
An example of an optical communication module using POF is shown in FIG. Since POF has a large core diameter and does not require alignment with high accuracy, an expensive ferrule is not required and only a
[0006]
On the other hand, in the optical communication module using an optical fiber as a transmission medium, both the transmission and reception of signal light in the full-duplex mode at the same wavelength, as shown in FIGS. There is an optical communication module that performs. Conventionally, this type of optical communication module has mainly used two optical fibers. However, when two optical fibers are used, there are problems that it is difficult to reduce the size of the optical communication module and that the cost of the optical fiber increases as the transmission distance becomes longer. For this reason, an optical communication module that performs full-duplex optical communication using one optical fiber has been proposed.
[0007]
In such an optical communication module, since transmission and reception are performed by the same optical fiber, it is important to prevent interference between transmission light and reception light. The main causes of interference of the transmitted light with the received light are when the transmitted light is reflected at the end face of the optical fiber when entering the optical fiber (hereinafter referred to as “near end reflection”), and inside the optical communication module. Some of these are scattered light (hereinafter referred to as “inner light”).
[0008]
In an optical communication link using an optical fiber as a transmission medium, it is important to couple the received light emitted from the optical fiber to the light receiving element with high efficiency in order to obtain a high signal to noise ratio (SN). .
[0009]
As a conventionally proposed optical communication module for single-core full-duplex communication, there is a method of separating transmitted and received light using a polarization separation element. That is, while the received light that has propagated through the optical fiber has a random polarization direction in the middle of propagation, the reflected light (near-end reflection) reflected from the end face of the optical fiber has the same polarization direction. Therefore, interference due to near-end reflection can be prevented by disposing a polarization separation element that reflects only light having this polarization between the optical fiber and the light receiving element. However, in this method, since about half of the received light is reflected by the polarization separation element, a reception loss of about 3 dB occurs, and the light cannot be efficiently used. There was a problem that (LED) could not be used.
[0010]
For this reason, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-27217 and the like disclose a method in which transmission light is incident on a position shifted from the center of the optical fiber and received light emitted from other regions of the optical fiber is received. This method will be described with reference to FIG. The
[0011]
FIG. 7 shows the relationship between the coupling position of the
[0012]
Further, POF has a feature that its end face can be easily processed. In the end face processing with GOF, it is necessary to bond a cut fiber strand to a ferrule processed with high precision dimensional accuracy, and then perform mirror finishing with an expensive polishing apparatus. On the other hand, POF has a large core diameter and does not need to be managed with high precision, so no ferrule is required. The wire is directly bonded to the plug, and the end face is simply pressed against a hot plate of any shape and melted. Can be processed. The end face shape of the optical fiber may be processed into an inclined surface or a spherical surface in addition to a plane perpendicular to the optical axis. In GOF, the transmitted light emitted from the light emitting element is often reflected by the end face of the optical fiber and is coupled to the light emitting element again, so that an inclined surface is often used to prevent the oscillation state from becoming unstable. On the other hand, with POF, the accuracy of the optical system is low, and the transmitted light reflected by the end face of the optical fiber is difficult to return to the light emitting element, and the communication speed is relatively slow. However, as described above, when performing single-core full-duplex communication, in order to prevent the reflected
[0013]
FIG. 8 shows an example of a plug shape for a conventional plastic optical fiber, where 102 indicates an optical fiber and 107 indicates a plug (OMJ) 107. POF can be processed into an arbitrary shape by melting its end face with a hot plate. FIG. 8 shows a case where the end surface is a spherical surface. When the end surface is melted in this way, the tip of the
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-11-27217
Japanese Patent Laid-Open No. 61-122614 FIG. 1 and FIG.
JISC-5970
JISC-6387
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-27217 can prevent interference due to reflection of transmission light at the end face of the POF, but prevents interference due to light reflected by the plug or the receptacle. I can't. As described above, the POF is fixed to the plug, and the plug is inserted into the receptacle. In the optical communication module using POF, the processing accuracy of each component is low in order to reduce the cost, and the transmission light is made incident on the outer peripheral portion of the POF in order to perform full-duplex communication by space separation. In some cases, a part of is not irradiated on the end face of the POF, but on the outer plug or receptacle. For example, in the plug shown in FIG. 8, the transmission light irradiated to the plug inclined
[0016]
In addition, communication between electronic devices requires communication over a short distance of about 1 m and can be easily inserted and removed. Therefore, it is necessary to consider eye safety. The amount of light (the amount of light emitted from the optical fiber) must be set low. However, when a semiconductor laser is used as the light source of the optical communication module, the following problems occur when the light amount of the light source itself is reduced.
[0017]
As shown in FIG. 9, the relationship between the driving current of the semiconductor laser and the optical output can be approximated by the characteristics of a broken line formed by two straight lines in a region where the optical output is not saturated. Of these, the area A is a laser oscillation area, and the area B is a spontaneous emission area. When pulse input is performed with a current larger than the threshold current (Ith) as the bias current, the light output increases even at “0” of the pulse signal, and the extinction ratio increases. Conversely, if a current lower than Ith is taken as the bias current, the pulse width is reduced (duty ratio change) due to oscillation delay. Therefore, normally, the bias current is set in the vicinity of Ith. In this case, since spontaneous emission light is present even when the pulse signal is “0”, the extinction ratio is determined from the ratio of the spontaneous emission light and the light output when the pulse signal is “1”. For example, in the case of a semiconductor laser with spontaneous emission of 0.3 mW, the maximum output (output when the pulse signal is “1”) needs to be set to 3 mW or more in order to obtain an extinction ratio of 10 or more.
[0018]
That is, if the amount of transmitted light is reduced by reducing the output of the semiconductor laser, it will be difficult to satisfy the extinction ratio, and if the bias current is reduced, the duty ratio will change, causing a problem. For this reason, it is necessary to reduce the amount of transmitted light by reducing the coupling efficiency (transmission efficiency) between the light emitted from the semiconductor laser and the optical fiber. As a method of reducing the transmission efficiency, there is a method of reducing the amount of light using a filter or a polarizing element having a low light transmittance, but the number of parts increases and the cost increases. For this reason, a method of cutting a light beam having a large emission angle by the transmission lens by reducing the diameter of the transmission lens that collects the emitted light from the light emitting element and couples it to the optical fiber is common.
[0019]
However, this method has a problem in that light that does not actually contribute to transmission (light that is cut by the transmission lens) increases, and thus interference due to internal light tends to increase. In particular, in order to perform full-duplex communication using a single optical fiber, it is necessary to efficiently couple the received light emitted from the optical fiber to the light receiving element. However, when the reception efficiency is increased, light due to near-end reflection and internal disturbance light is also received efficiently, and there is a problem that interference increases. Further, the internal disturbance light is also reflected on the
[0020]
These interferences can be dealt with by improving the accuracy of the components, but in that case, the feature that the optical communication module using POF is inexpensive and easy to manufacture is lost.
[0021]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-122614 discloses a method of reducing stray light by attaching a light blocking object to a collimator lens used in an optical isolator.
[0022]
That is, by inserting a light shield between the semiconductor laser and the collimator lens, stray light generated in the lens is reduced, stray light is prevented from returning to the semiconductor laser, and the semiconductor laser can be driven stably. ing.
[0023]
However, it prevents the light emitted from itself from returning to its original state, and does not prevent interference with the light receiving element, which is a problem in a full-duplex optical communication module using a single-core POF. Further, it is intended to reduce stray light in the lens, and cannot prevent stray light in the optical communication module or scattered light from an optical fiber plug or the like. Further, the light emitting point of the semiconductor laser is very small, and light returning to the light emitting point may be prevented. However, the optical communication module needs to be separated from the received light. For this reason, it is more difficult to reduce internal disturbance light. Furthermore, when inserting a light-shielding object, it is necessary to pay attention to management of the insertion accuracy, adhesion, deterioration due to changes over time, etc., which is expensive and problematic in terms of performance.
[0024]
The present invention has been made in view of these problems. Full duplex duplex communication is possible with a single plastic optical fiber, and in particular, crosstalk due to near-end reflection and internal disturbance light is simplified. An inexpensive and small-sized optical communication module that can be reduced is provided.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention is an optical communication module capable of transmitting and receiving an optical signal using a single plastic optical fiber, and receives a light emitting element that generates transmission light and received light emitted from the plastic optical fiber. A light receiving element, an optical component for condensing transmission light and / or reception light, and a receptacle having an opening for inserting a plug attached to an end of the plastic optical fiber, the plastic light The fiber has an enlarged portion whose diameter is larger than the core diameter at its end, and the enlarged portion around the tip of the plug and / or the plastic optical fiber when the plug is inserted into the receptacle To prevent interference from unnecessary light irradiating from the optical component side. Part of the receptacle The present invention relates to an optical communication module formed.
[0026]
The present invention further provides the following optical communication module.
The optical communication module according to the above, wherein the interference preventing unit is formed in a part of the receptacle.
[0027]
The optical communication module according to any one of the above, wherein the crosstalk prevention unit has a conical shape whose diameter gradually increases from the side on which the optical component is disposed toward the plastic optical fiber side.
[0028]
The optical communication unit according to any one of the above, wherein the crosstalk prevention unit has a shape inclined from an optical axis center on the plastic optical fiber side toward an outer peripheral direction with a side where the optical component is disposed as a tip. module.
[0029]
The optical communication module according to any one of the above, wherein the crosstalk prevention unit is arranged so as to shield light irradiated from the optical component side so as not to irradiate an end of the plug.
[0031]
The optical communication module according to any one of the above, wherein a part of the interference prevention unit and a part of the optical component are arranged in contact with each other.
[0032]
The optical communication module according to any one of the above, wherein the crosstalk prevention unit is formed only in the vicinity of the end face of the plastic optical fiber where the transmission light is incident.
[0033]
The optical communication module according to any one of the above, wherein a surface of the crosstalk prevention unit facing the plastic optical fiber is inclined with respect to an optical axis of the plastic optical fiber.
[0034]
With the above configuration, it is possible to perform full-duplex optical communication using a single optical fiber with reduced interference due to internal light such as near-end reflection and stray light.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an optical communication link. The
[0036]
FIG. 2 is a schematic diagram showing the optical communication module according to the first embodiment of the present invention. The
The light generated by the light emitting element 4 diverges radially according to the radiation angle of the light emitting element 4. The divergent light is converted into an arbitrary numerical aperture by the transmission lens 6 and condensed. The collected light changes its direction by the rising mirror 15 and enters the optical fiber 2. The position of the optical fiber 2 on which the
[0037]
A part of the
[0038]
Further, as described above, in the
[0039]
Since the interference preventing unit is configured so that a part of the plug is shielded from the optical component side, interference due to reflection / scattering from the plug can be reduced.
[0040]
The plastic optical fiber has an enlarged part whose diameter is larger than the core diameter at the end, but the crosstalk prevention part is arranged so that a part or all of the enlarged part is shielded from the optical component side. Further, interference due to reflection / scattering from the enlarged portion of the optical fiber and / or the inclined portion of the plug can be reduced.
[0041]
The inner wall portion of the
[0042]
Further, the surface on the side where the optical component of the interference preventing unit 11 is arranged has a conical shape whose diameter increases in the direction from the distal end side of the optical fiber 2 to the optical fiber side. Since the crosstalk prevention part has a conical shape along the end face of the optical fiber, it is possible to reliably shield the enlarged part of the optical fiber and the optical fiber plug, and reliably reduce interference due to near-end reflection and internal disturbance light. can do. That is, the
[0043]
Further, since the interference preventing unit has an inclined shape that spreads from the side where the optical components of the optical communication module are arranged toward the optical fiber side, the
[0044]
The optical fiber side surface of the interference preventing unit 11 may have a conical shape like the optical component side surface. However, by forming all or part of the side surface along the outer periphery of the end surface of the optical fiber 2, the optical fiber 2 It is possible to cope with any axis misalignment, it is possible to reliably shield the
[0045]
In addition, when a part of the light emitted from the optical fiber 2 is reflected by a part of the
[0046]
Furthermore, the interference preventing unit 11 also has a role as a stopper for positioning the
[0047]
Next, each component of the
As the optical fiber 2, a large-diameter optical fiber 2 such as POF is used. POF has a core made of a plastic having excellent light transmission properties such as PMMA (Poly (methyl methacrylate) and polycarbonate, and a clad is made of a plastic having a refractive index lower than that of the above core. Since it is easy to increase the diameter of the core from about 200 μm to about 1 mm as compared with the quartz optical fiber, the coupling adjustment with the
[0048]
As the light emitting element 4, a semiconductor laser or a light emitting diode (LED) is used. The wavelength of the light emitting element 4 is preferably a wavelength with a small transmission loss of the optical fiber 2 to be used and is inexpensive. For example, when POF is used as the optical fiber 2, a semiconductor laser having a wavelength of 650 nm, which is mass-produced by a DVD or the like, can be used. Further, a monitoring photodiode is disposed at the rear of the light emitting element 4 so as to keep the light quantity of the light emitting element 4 constant.
[0049]
As the light receiving element 5, the intensity of the received modulated light is converted into an electric signal, and a photodiode having high sensitivity in the wavelength region of the light emitting element 4 is used. For example, a PIN photodiode or avalanche photodiode made of silicon is used. Etc. are used.
[0050]
The
[0051]
As described above, by using the
[0052]
(Second embodiment)
Subsequently, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, members having the same functions as those described in the first embodiment are assigned the same member numbers as in the first embodiment, and the description thereof is omitted. . In this embodiment, an
[0053]
The
[0054]
A part of the
[0055]
In the present embodiment, the interference prevention unit 11 is formed only in the vicinity (near) where the
[0056]
The optical member 18 (the mirror can be formed by vapor-depositing a metal) is made of plastic such as PMMA or polycarbonate, and is manufactured by injection molding or the like. A metal thin film having high reflectivity such as aluminum or gold is formed on the side to be a reflection mirror (also a condensing mirror) by vapor deposition or the like. The optical member 18 condenses the
[0057]
A part of the optical member 18 is disposed in contact with or close to a part of the interference preventing unit 11. If there is a gap between the optical member 18 and the interference prevention unit 11, interference due to internal disturbance light is likely to occur due to the reflected light between them. Further, the
[0058]
In addition, when a part of the light emitted from the optical fiber 2 is reflected by a part of the
[0059]
This embodiment is merely an example, and the present invention is characterized in that the interference prevention unit 11 is formed in a part of the
[0060]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a full duplex duplex communication module using a single plastic optical fiber with reduced crosstalk due to near-end reflection and internal light at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of an optical communication link according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical communication module according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the configuration of an optical communication module according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical communication module using a glass optical fiber.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical communication module using a conventional plastic optical fiber.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a conventional optical communication module capable of full-duplex communication.
FIG. 7 is a diagram for explaining a relationship between a transmission light coupling position on an end face of an optical fiber and a reception area;
FIG. 8 is a view for explaining a conventional plug shape for a plastic optical fiber.
FIG. 9 is a graph illustrating the relationship between the current of a semiconductor laser and the optical output.
[Explanation of symbols]
1: Optical communication module
2: Optical fiber
3: Optical communication link
4: Light emitting element
5: Receiving element
6: Transmitting lens
7: Plug
8: Transmitted light
9: Received light
10: Receptacle
11: Interference Prevention Department
12: Plug inclined part
13: Plug flat part
14: Reflected light (near-end reflected light)
15: Start-up mirror
16: Enlarged part
17: Second reflected light
18: Optical member
19: Condensing mirror
20: Prism
21: Antireflection coupling surface
101: Optical communication module
102: Optical fiber
104: Light emitting element
105: Light receiving element
106: Transmission lens
108: Transmitted light
109: Received light
110: Receptacle
114: Reflected light (near-end reflection)
115: Start-up mirror
121: Ferrule
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